Bài giảng Công nghệ phần mềm ứng dụng - Bài 4: Thiết kế và lập trình - Thạc Bình Cường

GIỚI THIỆU MÔN HỌC
 CÔNG NGHỆ PHẦN MỀM ỨNG DỤNG
 Giảng viên: ThS. Thạc Bình Cường
v1.0015112208 1
 BÀI 4
 THIẾT KẾ VÀ LẬP TRÌNH
 Giảng viên: ThS. Thạc Bình Cường
v1.0015112208 2
MỤC TIÊU BÀI HỌC
• Phân tích được các phần tử của phần mềm: Chức
 năng và dữ liệu và vai trò của nhà phân tích.
• Nắm vững được các ký pháp và xây dựng các biểu
 đồ phân tích cấu trúc và sử dụng các công cụ thiết kế
 phần mềm cụ thể.
• Ứng dụng sơ đồ kiến trúc của chương trình tạo các
 module chương trình và đóng gói chương trình.
• Viết tài liệu hướng dẫn chương trình.
v1.0015112208 3
CÁC KIẾN THỨC CẦN CÓ
• Tin học đại cương;
• Ngôn ngữ lập trình;
• Phân tích thiết kế hệ thống thông tin.
v1.0015112208 4
HƯỚNG DẪN HỌC
• Mô hình hóa hệ thống;
• Đọc hiểu các tài liệu ký pháp thiết kế hệ thống;
• Lập trình cơ bản trên các ngôn ngữ cấu trúc:
 C, C#, Java.
v1.0015112208 5
CẤU TRÚC NỘI DUNG
 4.1 Phương pháp thiết kế hệ thống
 4.2 Kỹ thuật thiết kế chương trình (dựa vào BLD và BPC)
 4.3 Kỹ thuật lập trình
v1.0015112208 6
4.1. PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ HỆ THỐNG
 4.1.1. Khái niệm thiết kế 
 hệ thống
 4.1.2. Phương pháp 
 thiết kế hệ thống
v1.0015112208 7
4.1.1. KHÁI NIỆM THIẾT KẾ HỆ THỐNG
• Là thiết kế cấu hình phần cứng và cấu trúc phần mềm (gồm cả chức năng và dữ
 liệu) để có được hệ thống thỏa mãn các yêu cầu đề ra.
• Có thể xem như thiết kế cấu trúc (WHAT), chứ không phải là thiết kế logic (HOW).
• Quy trình thiết kế hệ thống:
  Phân chia mô hình phân tích ra các hệ con;
  Tìm ra sự tương tranh (concurrency) trong hệ thống;
  Phân bố các hệ con cho các bộ xử lý hoặc các nhiệm vụ (tasks);
  Phát triển thiết kế giao diện;
  Chọn chiến lược cài đặt quản trị dữ liệu;
  Tìm ra nguồn tài nguyên chung và cơ chế điều khiển truy cập chúng;
  Thiết kế cơ chế điều khiển thích hợp cho hệ thống, kể cả quản lý nhiệm vụ;
  Xem xét các điều kiện biên được xử lý như thế nào;
  Xét duyệt và xem xét các thỏa hiệp (trade-offs).
v1.0015112208 8
4.1.1. KHÁI NIỆM THIẾT KẾ HỆ THỐNG
• Các điểm lưu ý khi thiết kế hệ thống:
  Có thể trích được luồng dữ liệu từ hệ thống: Đó là phần nội dung đặc tả yêu cầu
 và giao diện.
  Xem xét tối ưu tài nguyên kiến trúc lên hệ thống rồi quyết định kiến trúc.
  Theo quá trình biến đổi dữ liệu, hãy xem những chức năng được kiến trúc như
 thế nào?
  Từ kiến trúc các chức năng, hãy xem xét và chỉnh lại, từ đó chuyển sang kiến
 trúc chương trình và thiết kế chi tiết.
  Quyết định các đơn vị chương trình theo các chức năng của hệ phần mềm có
 dựa theo luồng dữ liệu và phân chia ra các thành phần.
  Khi cấu trúc chương trình lớn quá, phải phân chia nhỏ hơn thành các module.
  Xem xét dữ liệu vào-ra và các tệp dùng chung của chương trình. Truy cập tệp
 tối ưu.
  Hãy nghĩ xem để có được những thiết kế trên thì nên dùng phương pháp luận và
 những kỹ thuật gì?
• Thiết kế hệ thống:
  Thiết kế hệ thống phần cứng;
  Thiết kế hệ thống phần mềm: Thiết kế tập và thiết kế chứng năng hệ thống.
v1.0015112208 9
4.1.1. KHÁI NIỆM THIẾT KẾ HỆ THỐNG (tiếp theo)
 Module:
 • Dãy các lệnh nhằm thực hiện chức năng nào đó.
 • Có thể được biên dịch độc lập.
 • Module đã được dịch có thể được module khác gọi tới.
 • Giao diện giữa các module thông qua các biến tham số (arguments).
 Lưu đồ bong bóng và cấu trúc phân cấp:
 • Lưu đồ bong bóng:
  Biểu thị luồng xử lý dữ liệu;
  Ký pháp.
 • Cấu trúc phân cấp: Là phân cấp biểu thị quan hệ phụ thuộc giữa các module và giao
 diện (interface) giữa chúng.
 Tên dữ liệu Tên dữ liệu
 Tên chức
 năng
v1.0015112208 10
4.1.1. KHÁI NIỆM THIẾT KẾ HỆ THỐNG (tiếp theo)
Phương pháp thiết kế cấu trúc hóa (Structured Design) của Constantine
• Ngoài ra còn các phương pháp khác, như phương pháp thiết kế tổng hợp
 (Composite Design) của Myers.
• Thiết kế cấu trúc hóa:
  Module và tham số;
  Lưu đồ bong bóng và cấu trúc phân cấp:
 . Lưu đồ bong bóng (Bubble chart);
 . Cấu trúc phân cấp (Hierarchical structured chart).
  Phương pháp phân chia STS (Source/Transform/Sink) và TR (Transaction);
  Phân tích cấu trúc hóa;
  Chuẩn phân chia module.
v1.0015112208 11
4.1.2. PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ HỆ THỐNG (tiếp theo)
• Các quy ước:
  Không liên quan đến trình tự gọi các module, nhưng ngầm định là từ trái
 qua phải.
  Mỗi module xuất hiện trong cấu trúc một lần, có thể được gọi nhiều lần.
  Quan hệ trên dưới: Không cần nêu số lần gọi.
  Tên module biểu thị chức năng (“làm gì”), đặt tên sao cho các module ở phía
 dưới tổng hợp lại sẽ biểu thị đủ chức năng của module tương ứng phía trên.
  Biến số (arguments) biểu thị giao diện giữa các module, biến số ở các module
 gọi/bị gọi có thể khác nhau.
  Mũi tên với đuôi tròn trắng biểu thị dữ liệu, đuôi tròn đen (hồng) biểu
 thị flag.
  Chiều của mũi tên là hướng truyền tham số.
v1.0015112208 12
4.1.2. PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ HỆ THỐNG (tiếp theo)
 Module A
 1
 Module B Module C Module D
 Luồng dữ liệu
 Module E
 Luồng flag
v1.0015112208 13
4.1.2. PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ HỆ THỐNG (tiếp theo)
Phương pháp phân chia STS, TR:
• Phương pháp phân chia STS:
  Minh họa phân chia chức năng theo bong bóng của DFD (biểu đồ luồng
 dữ liệu);
  Chia đối tượng “bài toán” thành các chức năng thành phần.
 F3
 Bài toán F5
 F1 F4
 Problem
 F2
  Quyết định luồng dữ liệu chính: Tìm ra luồng dữ liệu chính đi qua các chức
 năng: Từ đầu vào (Input) tới đầu ra (Output).
 F3
 Luồng dữ F5
 F1 OUTPUT
 liệu chính F4
 F2
v1.0015112208 14
4.1.2. PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ HỆ THỐNG (tiếp theo)
  Quyết định bong bóng và dữ liệu: Theo luồng dữ liệu chính thay từng chức năng
 bởi bong bóng và làm rõ dữ liệu giữa các bong bóng.
 Data1 Data2 Data3 Data4 Data5 Data6
 F1 F2 F3 F4 F5
 Input Output
  Xác định vị trí trừu tượng hóa tối đa đầu ra và đầu vào
 Data1 Data2 Data3 Data4 Data5 Data6
 F1 F2 F3 F4 F5
 Input Output
 Trừu tượng hóa Trừu tượng hóa 
 tối đa đầu vào tối đa đầu ra
 Source Module Transform Module Sink Module
v1.0015112208 15
4.1.2. PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ HỆ THỐNG (tiếp theo)
  Chuyển sang sơ đồ phân cấp
 Data1 Data2 Data3 Data4 Data5 Data6
 F1 F2 F3 F4 F5
 Input Output
 Trừu tượng hóa Trừu tượng hóa
 tối đa đầu vào tối đa đầu ra
 Source Module Transform Module Sink Module
 Control 
 Module 0
 Source Transform Sink 
 Module Module Module
v1.0015112208 16
4.1.2. PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ HỆ THỐNG (tiếp theo)
  Xác định các tham số giữa các module dựa theo quan hệ phụ thuộc:
 Module 0
 0
 3 5
 35
 Module 1 Module 2 Module 3
 1 2 3
 Module 1.1 Module 1.2 Module 2.1 Module 2.2
  Với từng module (Source, Transform, Sink) lại áp dụng cách phân chia STS lặp
 lại các bước từ 1 đến 6. Đôi khi có trường hợp không chia thành 3 module nhỏ
 mà thành 2 hoặc 1.
  Tiếp tục chia đến mức cấu trúc logic khi module tương ứng với thuật toán đã biết
 thì dừng. Tổng hợp lại ta được cấu trúc phân cấp: Mỗi nút là 1 module với số
 nhánh phía dưới không nhiều hơn 3.
v1.0015112208 17
4.1.2. PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ HỆ THỐNG (tiếp theo)
• Phương pháp phân chia TR (giao dịch):
  Khi không tồn tại luồng dữ liệu chính, mà dữ liệu vào có đặc thù khác nhau như
 những nguồn khác nhau xem như các giao dịch khác nhau.
  Mỗi giao dịch ứng với 1 module xử lý nó.
  Phân chia module có thể: theo kinh nghiệm; theo tính độc lập module; theo số
 bước tối đa trong 1 module (ví dụ < 50) và theo chuẩn.
Phân tích cấu trúc hóa:
• Xác định luồng dữ liệu;
• Luồng tuyến tính thì theo phân chia STS (P87);
• Luồng phân nhánh thì theo phân chia TR (P89);
• Tính độc lập: Độ kết hợp (coupling).
5 tiêu chuẩn của Myers:
• Decomposability (Phân rã);
• Composability (Hợp thành);
• Understandability (Dễ hiểu);
• Continuity (Kế tiếp-liên tục);
• Protection (Bảo vệ).
v1.0015112208 18
4.2. KỸ THUẬT THIẾT KẾ CHƯƠNG TRÌNH (DỰA VÀO BLD VÀ BPC)
 4.2.1. Khái niệm thiết kế 4.2.2. Phương pháp 
 chương trình thiết kế chương trình
 4.2.3. Công cụ thiết kế
v1.0015112208 19
4.2.1. KHÁI NIỆM THIẾT KẾ CHƯƠNG TRÌNH
• Thiết kế chương trình là thiết kế chi tiết cấu trúc bên trong của phần mềm: Thiết kế
 tính năng từng module và giao diện tương ứng.
• Cấu trúc ngoài của phần mềm: Thiết kế hệ thống.
• Trình tự xử lý bên trong: Thuật toán (giải thuật, Algorithm); Logic.
v1.0015112208 20
4.2.2. PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ CHƯƠNG TRÌNH
• Không có trạng thái mờ (fuzzy), để đảm bảo thiết kế cấu trúc trong đúng đắn.
• Ngôn ngữ lập trình phù hợp.
• Triển khai đúng đắn đặc tả chức năng các module và chương trình nhờ phương
 pháp luận thiết kế chi tiết.
• Dùng quy trình thiết kế dễ chuẩn hóa từng bước.
• Kỹ thuật thiết kế chương trình.
• Kỹ thuật thiết kế mô hình hệ phần mềm:
  Hướng tiến trình (process) : Kỹ thuật thiết kế cấu trúc điều khiển;
  Hướng cấu trúc dữ liệu (data): Kỹ thuật thiết kế cấu trúc dữ liệu;
  Hướng sự vật/đối tượng (object): Kỹ thuật thiết kế hướng đối tượng.
v1.0015112208 21
4.2.2. PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ CHƯƠNG TRÌNH
a. Lập trình cấu trúc hóa
• Khái niệm cơ bản: tuần tự, nhánh (chọn), lặp; cấu trúc mở rộng, tiền xử lý, hậuxửlý.
• Những điểm lợi khi thiết kế thuật toán :
  Tính độc lập của module: Chỉ quan tâm vào-ra;
  Làm cho chương trình dễ hiểu;
  Dễ theo dõi chương trình thực hiện;
  Hệ phức tạp sẽ dễ hiểu nhờ tiếp cận phân cấp.
• Loại bỏ GOTO:
  GOTO dùng để làm gì: Cho phép thực hiện các bước nhảy đến một nhãn
 nhất định.
  Tại sao cần loại bỏ GOTO: Phá vỡ tính cấu trúc của lập trình cấu trúc hóa.
  Phương pháp loại bỏ GOTO.
  Có thể loại bỏ GOTO trong mọi trường hợp?
  Thế nào là “kỹ năng lập trình cấu trúc”.
• Lưu ý khi thiết kế chương trình:
  Phụ thuộc vào kỹ năng và kinh nghiệm của người thiết kế.
  Cần chuẩn hóa tài liệu đặc tả thiết kế chi tiết.
  Khi thiết kế cấu trúc điều khiển của giải thuật, vì theo các quy ước cấu trúc hóa
 nên đôi khi tính sáng tạo của người thiết kế bị hạn chế, bó buộc theo khuôn mẫu
v1.0015112208 đã có. 22
4.2.2. PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ CHƯƠNG TRÌNH (tiếp theo)
b. Lưu đồ cấu trúc hóa
• Tác dụng của lưu đồ (flow chart).
• Quy phạm (discipline).
• Trừu tượng hóa thủ tục.
• Lưu đồ cấu trúc hóa:
  Cấu trúc điều khiển cơ bản;
  Chi tiết hóa từng bước giải thuật;
  Thể hiện được trình tự điều khiển thực hiện.
v1.0015112208 23
4.2.2. PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ CHƯƠNG TRÌNH (tiếp theo)
• Lưu đồ Nassi-Shneiderman (NS chart by IBM):
 Nối (concatination) Chọn (selection)
 Đa nhánh (CASE) Lặp (repetition)
 Xử lý 1 ĐIều kiện
 YN
 Xử lý 2
 Xử lý 1 Xử lý 2
 TT1 ĐIều kiện
 DO WHILE 
 (điều kiện) Xử lý
 TT2 TT3
 Xử lý 1 Xử lý
 Xử REPEAT UNTIL 
 Xử lý 2 lý 3 (điều kiện)
v1.0015112208 24
4.2.2. PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ CHƯƠNG TRÌNH (tiếp theo)
• Lưu đồ phân tích bài toán
 Nối (Concatination) Chọn (Selection)
 Xử lý 1 Xử lý 1
 Trục 
 chính Điều kiện
 Xử lý 2
 Xử lý 2
 Đa nhánh (Case) Lặp (Repetition)
 Đ
 I
 Xử lý 1
 ề TT1
 WHILE UNTIL 
 u Xử lý Xử lý
 TT2 Xử lý 2 Điều kiện Điệu kiện
 k
 i TT3 Xử lý 3
 ệ
 n TT4 Xử lý 4
v1.0015112208 25
4.2.3. PHƯƠNG PHÁP JACKSON
• JSP - Jackson Structured Programming
• Các ký pháp:
  Cơ sở (elementary);
  Tuần tự (sequence);
  Lặp;
 Personnel Record 
  Rẽ nhánh. System
 Login Transaction Logout
 Add employee Change Display employee Delete employee 
 record employee record record record
 JSD biểu diễn các chức năng của một hệ thống nhân sự
v1.0015112208 26
4.3. KỸ THUẬT LẬP TRÌNH
 4.3.1. Lịch sử phát triển của 
 4.3.2. Cấu trúc chương trình
 ngôn ngữ lập trình
 4.3.3. Các công cụ lập trình
v1.0015112208 27
4.3.1. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH
• Các ngôn ngữ thế hệ thứ nhất:
  Ngôn ngữ lập trình mã máy (machine code);
  Ngôn ngữ lập trình assembly.
• Các ngôn ngữ thế thế thứ hai:
  FOTRAN, COBOL, ALGOL, BASIC;
  Phát triển 1950-1970.
• Các ngôn ngữ thế hệ thứ ba:
  Ngôn ngữ lập trình cấp cao vạn năng (cấu trúc);
  Lập trình hướng đối tượng;
  Lập trình hướng suy diễn – logic.
• Các ngôn ngữ thế hệ thứ tư (4 GL):
  Truy vấn;
  Các ngôn ngữ hỗ trợ quyết định.
v1.0015112208 28
4.3.2. CẤU TRÚC LẬP TRÌNH
a. Cấu trúc dữ liệu dễ hiểu
• Nên xác định tất cả các cấu trúc dữ liệu và các thao tác cần thực hiện trên từng cấu
 trúc dữ liệu.
• Việc biểu diễn/khai báo các cấu trúc dữ liệu chỉ nên thực hiện ở những module sử
 dụng trực tiếp dữ liệu.
• Nên thiết lập và sử dụng từ điển dữ liệu khi thiết kế dữ liệu.
v1.0015112208 29
4.3.2. CẤU TRÚC LẬP TRÌNH
b. Cấu trúc thuật toán dễ hiểu
• Algorithm;
• Structured coding và 9 điểm lưu ý:
  Tuân theo quy cách lập trình;
  Một đầu vào, một đầu ra;
  Tránh GOTO, trừ khi phải ra khỏi lặp và dừng.
• Dùng comments hợp lý:
  Dùng tên biến có nghĩa, gợi nhớ;
  Cấu trúc lồng rõ ràng;
  Tránh dùng CASE/switch nhiều hoặc lồng nhau;
  Mã nguồn 1 chương trình/module nên viết trên 1 trang;
  Tránh viết nhiều lệnh trên 1 dòng.
v1.0015112208 30
4.3.2. CẤU TRÚC LẬP TRÌNH (tiếp theo)
 Ngôn ngữ Pascal Ngôn ngữ C
 if điều kiện then if (điều kiện)
 begin { công việc 1}
 If công việc 1 else
 then/if end; {công việc 2}
 then else
 else begin
 công việc 2
 end
 CASE OF switch ()
 giá trị1: ; {
 giá trị2: ; case : ;[break;]
 Case/ ........... case : ; [break;]
 switch giá trịN: ; case : ; [break;]
 ELSE [default : ; [break;] ]
 ; }
 END;
v1.0015112208 31
4.3.2. CẤU TRÚC LẬP TRÌNH (tiếp theo)
 Ngôn ngữ Pascal Ngôn ngữ C
 FOR biếnđiềukiện := GTđầu TO for ( [biểuthức1] ; [biểuthứcĐK]; [biểuthức2] )
 GTCuối DO { ; }
 Forto/ begin
 downto
 Đặc biệt: có các lệnh thoát break; continue;
 end; exit
 While BiểuthứcBoolean DO while ()
 begin { ; }
 Do while
 end;
 Repeat do {
 Repeat
 ;
 until
 until Biểu_thức_Boolean; } while ();
v1.0015112208 32
4.3.3. CÁC CÔNG CỤ LẬP TRÌNH
• Environments: DOS, WINDOWS, UNIX/LINUX
• Editors, Compilers, Linkers, Debuggers
• TURBO C, PASCAL
• MS C, Visual Basic, Visual C++, ASP
• UNIX/LINUX: C/C++, GCC (Gnu C Compiler)
• JAVA, CGI, perl
•C#,.NET
v1.0015112208 33
TÓM LƯỢC CUỐI BÀI
 Trong bài này chúng ta đã tìm hiểu những nội dung sau:
 • Phân tích thiết kế hệ thống;
 • Kỹ thuật thiết kế chương trình (dựa vào BLD và BPC);
 • Kỹ thuật lập trình.
v1.0015112208 34